(57)【要約】    【課題】  酸化ジルコニウム膜の膜厚を厚くすることなく、圧電体膜の焼成時に、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが接触する部分において、圧電体膜に含まれている鉛が、酸化ジルコニウム膜を介して酸化シリコン膜へ拡散することを防止することが可能な圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体射出ヘッド、並びに液体射出装置を提供する。    【解決手段】  振動板５０上に、下部電極３３、圧電体膜４３及び上部電極４４を備えた圧電体素子３００が形成されてなり、圧電体膜４３は、振動板５０と密着する密着領域を有し、振動板５０は、第１の絶縁膜５１と、第１の絶縁膜５１より圧電体素子３００側に形成され且つ拡散防止機能を備えた第２の絶縁膜５２と、を少なくとも備え、第２の絶縁膜５２は、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えてなる圧電アクチュエータである。【選択図】    図４
2005168172.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
振動板上に、下部電極、圧電体膜及び上部電極を備えた圧電体素子が形成されてなる圧電アクチュエータであって、
前記圧電体膜は、前記振動板と密着する密着領域を有し、
前記振動板は、第１の絶縁膜と、当該第１の絶縁膜より前記圧電体素子側に形成され且つ拡散防止機能を備えた第２の絶縁膜と、を少なくとも備え、
前記第２の絶縁膜は、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えてなる圧電アクチュエータ。
【請求項２】
前記下部電極はパターニングされてなり、前記圧電体膜は、当該パターニングにより形成された下部電極上と、前記振動板の当該下部電極が形成されていない領域上に形成されてなる請求項１記載の圧電アクチュエータ。
【請求項３】
前記第２の絶縁膜全体がアモルファス構造を備えてなる請求項１または請求項２記載の圧電アクチュエータ。
【請求項４】
前記第２の絶縁膜は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンのいずれかを主成分とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上に直接形成されてなる請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータ。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の圧電アクチュエータと、当該アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッド。
【請求項７】
請求項６記載の液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気機械変換機能を有する圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体噴射ヘッドの一例として、インクジェット式記録ヘッドがある。このインクジェット式記録ヘッドは、プリンタのインク吐出の駆動源として圧電アクチュエータを用いている。圧電アクチュエータは、一般に、インク滴を吐出するノズル開口（吐出口）と連通する圧力発生室の一部を構成する振動板と、この振動板上に形成され、かつ下部電極、圧電体膜及び上部電極を有する圧電体素子と、を備えて構成されている。このようなインクジェット式記録ヘッドでは、安定した液滴吐出特性が得られ、信頼性を向上することを目的とした様々な改善がなされている。
【０００３】
例えば、特開２００３−１４５７６２号公報には、ノズル開口に連通する圧力発生室が形成される流路形成基板と、該流路形成基板の一方面側に振動板を介して設けられた圧電体素子と、を備え、圧力発生室と同一の深さを有すると共に前記圧力発生室の長手方向一端部に連通して当該圧力発生室に液体を供給する液体供給路が前記流路形成基板に設けられ、且つ該液体供給路に対向する領域の前記振動板上に補強膜を有すると共に該補強膜と前記振動板との全体の内部応力が引張り応力となるインクジェット式記録ヘッドが開示されている。このインクジェット式記録ヘッドでは、前記振動板を、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜と、この上に形成された酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜から構成し、この酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜上に、前記圧電体素子が形成されてなる圧電アクチュエータが開示されている。（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、特開２００２−３４１１６３号公報には、酸化シリコンからなる絶縁膜上に、弾性を備える膜として酸化ジルコニウム膜を形成し、この上に下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜を順に形成し、次に、これら下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜を所定の形状にパターニングした後、このパターニングにより残された第１の圧電体膜上及び第１の圧電体膜が除去された酸化ジルコニウム膜上に、さらに第２の圧電体膜を形成し、次いで上部電極を形成する製造方法も開示されている。（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
これらの構成を備えたインクジェット式記録ヘッドに用いられている圧電アクチュエータでは、酸化ジルコニウム膜上に圧電体膜が形成されている部分、すなわち、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが密着している部分が存在している。
【特許文献１】特開２００３−１４５７６２号公報
【特許文献２】特開２００２−３４１１６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の圧電アクチュエータを備えたインクジェット式記録ヘッドでは、通常、絶縁膜としての酸化シリコン膜上に酸化ジルコニウム膜を形成する際に、スパッタ法や真空蒸着法等によりジルコニア（Ｚｒ）層を形成した後、これを酸素雰囲気中で高温処理している。このため、得られた酸化ジルコニウム膜が柱状の多結晶体となり、酸化ジルコニウム膜は、結晶と結晶との間に粒界が存在することになる。
【０００７】
ここで、前記圧電体膜は、製造の過程において焼成されるが、この時、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが密着する（接触する）部分では、圧電体膜に含まれている鉛（Ｐｂ）が、酸化ジルコニウム膜に形成されている粒界を通って、酸化シリコン膜へ拡散しようとするが、従来のインクジェット式記録ヘッドでは、この酸化シリコン膜への鉛の拡散を防止するため、酸化ジルコニウム膜の膜厚をある程度厚く（例えば、４００ｎｍ程度）構成しているが、酸化ジルコニウム膜を厚くすることで振動板が過度に厚くなり、圧電素子の機械的変位を振動板が伝えにくくしてしまう共に、当該酸化ジルコニウム膜形成に時間を要するという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の圧電アクチュエータを改良することを課題とするものであり、酸化ジルコニウム膜の膜厚を厚くすることなく、圧電体膜の焼成時に、酸化ジルコニウム膜と圧電体膜とが接触する部分において、圧電体膜に含まれている鉛が、酸化ジルコニウム膜を介して酸化シリコン膜へ拡散することを防止することが可能な圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体射出ヘッド、並びに液体射出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するため、本発明は、振動板上に、下部電極、圧電体膜及び上部電極を備えた圧電体素子が形成されてなる圧電アクチュエータであって、前記圧電体膜は、前記振動板と密着する密着領域を有し、前記振動板は、第１の絶縁膜と、当該第１の絶縁膜より前記圧電体素子側に形成され且つ拡散防止機能を備えた第２の絶縁膜と、を少なくとも備え、前記第２の絶縁膜は、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えてなる圧電アクチュエータを提供するものである。
【００１０】
この構成を備えた圧電アクチュエータは、第２の絶縁膜のうち、少なくとも前記密着領域に対応する部分が、アモルファス構造を備えているため、例えば、第２の絶縁膜と圧電体膜が密着（接触）していたとしても、アモルファス構造には粒界が存在しないため、圧電体膜に含有されている成分（例えば、鉛（Ｐｂ））が、結晶と結晶との間の粒界を介して第１の絶縁膜に拡散されることを防止することができる。そのため、第２の絶縁膜を従来のように厚くする必要がなく、また、第２の絶縁膜の形成時間を従来よりも短縮させることができるという効果を奏する。
【００１１】
なお、本発明にかかる振動板は、第２の絶縁膜上に、下部電極との密着性を向上させるための密着層をさらに形成し、第１の絶縁膜、第２の絶縁膜及び密着層を備えた構成としてもよい。この場合であっても、圧電体膜が振動板（この場合は、密着層）と密着する密着領域に対応する第２の絶縁膜部分が、アモルファス構造を備えているため、例え、圧電体膜に含有されている鉛が、この密着層を通過して第２の絶縁膜に到達したとしても、第２の絶縁膜が拡散防止機能を発揮するため、第１の絶縁膜にこの鉛が拡散されることを防止することができる。
【００１２】
また、前記下部電極はパターニングされてなり、前記圧電体膜は、当該パターニングにより形成された下部電極上と、前記振動板の当該下部電極が形成されていない領域上に形成させることができる。
【００１３】
そしてまた、前記第２の絶縁膜は、その全体にわたってアモルファス構造を備えていてもよい。このようにすることで、振動板の強度をより向上させることができる。
【００１４】
また、前記第２の絶縁膜は、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、酸化チタンのいずれかを主成分として構成することができるので、密着性を十分に確保できる。
【００１５】
さらにまた、前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜上に直接形成されてなることができる。このようにすることで、前記利点に加え、第１の絶縁膜と第２の絶縁膜との密着性をさらに向上させることができる。
【００１６】
そしてまた、本発明は、前述した本発明にかかる圧電アクチュエータと、当該アクチュエータの機械的変位によって内容積が変化する圧力発生室と、当該圧力発生室に連通して液滴を吐出する吐出口と、を備えた液体噴射ヘッドを提供するものである。
【００１７】
この構成を備えた液体噴射ヘッドは、前記圧電アクチュエータの構成要素である圧電体膜に含有されている鉛は、第２の絶縁膜によって、第１の絶縁膜に拡散されることが阻止されるため、高精度であり、且つ信頼性を向上させることができる。
【００１８】
さらにまた、本発明は、前述した本発明にかかる液体噴射ヘッドと、当該液体噴射ヘッドを駆動する駆動装置と、を備えた液体噴射装置を提供するものである。
【００１９】
この構成を備えた液体噴射装置は、液体噴射ヘッドの圧電アクチュエータにおいて、圧電体膜に含有されている鉛は、第２の絶縁膜によって、第１の絶縁膜に拡散されることが阻止されるため、高精度であり、且つ信頼性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置は、圧電体膜に含有されている鉛は、第２の絶縁膜によって、第１の絶縁膜に拡散されることが防止されるため、第２の絶縁膜の膜厚を従来に比べて薄くすることができ、振動特性を向上させることができる。また、振動板の強度を向上させることもでき、駆動信頼性を向上させることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の好適な実施形態にかかる圧電アクチュエータ、及びこれを用いた液体噴射ヘッド、並びに液体噴射装置について図面を参照して説明する。
【００２２】
なお、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明する。また、以下に記載される実施の形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明をこれらの実施形態にのみ限定するものではない。したがって、本発明は、その要旨を逸脱しない限り、様々な形態で実施することができる。
【００２３】
図１は、本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図、図２は、図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図、図３は、図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図、図４は、図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図、図５は、図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図、図６及び図７は、本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【００２４】
図１に示すように、本実施の形態にかかるプリンタ１は、複数のインクジェット式記録ヘッド２２０ヘッド（図２参照）を有するヘッドユニット２００を備え、このヘッドユニット２００には、インク供給手段を構成するカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられている。なお、本実施の形態では、カートリッジ１Ａは１室からなり、ブラックインク組成物が収容されている。また、カートリッジ１Ｂは例えば３つの部屋に仕切られており、各々の部屋には、シアンインク組成物、マゼンタインク組成物、イエロインク組成物が各々収容されている。これらのカートリッジ１Ａ及び１Ｂが着脱可能に設けられたヘッドユニット２００は、キャリッジ３に搭載されており、このキャリッジ３は、プリンタ本体４に取り付けられたキャリッジ軸５に軸方向移動自在に設けられている。
【００２５】
また、プリンタ本体４には、キャリッジ３を駆動するための駆動モータ６が設けられており、駆動モータ６の駆動力が図示しない複数の歯車およびタイミングベルト７を介してキャリッジ３に伝達されることで、ヘッドユニット２００を搭載したキャリッジ３はキャリッジ軸５に沿って移動される。
【００２６】
さらに、プリンタ本体４には、キャリッジ軸５に沿ってプラテン８が設けられており、図示しない給紙ローラなどにより給紙された紙等の記録媒体である記録シートＳがプラテン８上を搬送されるようになっている。そして、ヘッドユニット２００から、所望のインク組成物が、所望のタイミングで記録シートＳに吐出されることで、文字や画像等が印刷される。
【００２７】
本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、図２〜図５に示すようにノズル開口２１に連通する圧力発生室１２が形成される流路形成基板１０と、流路形成基板１０の一方面側に振動板５０を介して設けられた圧電体素子３００を備えて構成されている。そして、振動板５０及び圧電体素子３００により、圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させるための駆動源としての圧電アクチュエータを構成している。
【００２８】
流路形成基板１０は、シリコン単結晶基板から構成されており、この流路形成基板１０の一方側に形成されている振動板５０は、流路形成基板１０を予め熱酸化して形成した二酸化シリコン（ＳｉＯ2）からなる第１の絶縁膜５１と、この第１の絶縁膜５１上に形成した第２の絶縁膜５２から構成されている。（図４及び図５参照）。この第２の絶縁膜５２は、本実施の形態では、アモルファス構造を備えた酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）膜から構成されており、後述する圧電体膜４３に含有されている鉛（Ｐｂ）が、第１の絶縁膜５１に拡散されることを防止するための拡散防止膜としての機能を備えている。
【００２９】
また、この流路形成基板１０には、その他方面側から異方性エッチングすることにより、複数の隔壁２２によって区画された圧力発生室１２が複数形成されている。各圧力発生室１２の長手方向外側には、後述するリザーバ形成基板３０に設けられるリザーバ部３１と連通し、各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成する連通部１３が形成されている。この連通部１３は、インク供給路１４を介して各圧力発生室１２の長手方向一端部に各々連通されている。
【００３０】
流路形成基板１０の開口面側には、各圧力発生室１２のインク供給路１４とは反対側で連通するノズル開口２１が穿設されたノズルプレート２０が接着剤や熱溶着フィルム等を介して固着されている。すなわち、本実施の形態では、１つのインクジェット式記録ヘッド２２０にノズル開口２１の並設されたノズル列２１Ａが２列設けられている。
【００３１】
振動板５０上には、所定の形状にパターニングされた下部電極３３と、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）からなる圧電体膜４３と、上部電極４４と、を備えた圧電体素子３００が形成されている。この圧電体素子３００では、下部電極３３がパターニングされていることから、圧電体膜４３と第２の絶縁膜５２とが密着する（接触する）密着領域５３が形成されている。
【００３２】
このような圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０上には、リザーバ１００の少なくとも一部を構成するリザーバ部３１を有するリザーバ形成基板３０が接合されている。このリザーバ部３１は、本実施の形態では、リザーバ形成基板３０を厚さ方向に貫通して圧力発生室１２の幅方向に亘って形成されており、上述のように流路形成基板１０の連通部１３と連通されて各圧力発生室１２の共通のインク室となるリザーバ１００を構成している。
【００３３】
なお、このようなリザーバ形成基板３０としては、ガラス、セラミック、金属、プラスチック等を挙げることができるが、流路形成基板１０の熱膨張率と略同一の材料を用いることが好ましく、本実施形態では、流路形成基板１０と同一材料のシリコン単結晶基板を用いて形成した。
【００３４】
さらに、リザーバ形成基板３０上には、各圧電体素子３００を駆動するための駆動ＩＣ１１０が設けられている。この駆動ＩＣ１１０の各端子は、図示しないボンディングワイヤ等を介して各圧電体素子３００の個別電極から引き出された引き出し配線と接続されている。そして、駆動ＩＣ１１０の各端子には、フレキシブルプリントケーブル（ＦＰＣ）等の外部配線１１１を介して外部と接続され、外部から外部配線１１１を介して印刷信号等の各種信号を受け取るようになっている。
【００３５】
また、このようなリザーバ形成基板３０上には、コンプライアンス基板４０が接合されている。コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域には、リザーバ１００にインクを供給するためのインク導入口４５が厚さ方向に貫通することで形成されている。また、コンプライアンス基板４０のリザーバ１００に対向する領域のインク導入口４５以外の領域は、厚さ方向に薄く形成された可撓部４６となっており、リザーバ１００は、可撓部４６により封止されている。そして、この可撓部４６により、リザーバ１００内にコンプライアンスを与えている。
【００３６】
このように、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０は、ノズルプレート２０、流路形成基板１０、リザーバ形成基板３０及びコンプライアンス基板４０の４つの基板で構成されている。そして、このようなインクジェット式記録ヘッド２２０のコンプライアンス基板４０上には、インク導入口４５に連通すると共に、図示しないカートリッジケースのインク連通路に連通して、カートリッジケースからのインクをインク導入口４５に供給するインク供給連通路２３１が設けられたヘッドケース２３０が設けられている。このヘッドケース２３０には、可撓部４６に対向する領域に、図示しない凹部が形成され、可撓部４６の撓み変形が適宜行われるようになっている。また、ヘッドケース２３０には、リザーバ形成基板３０上に設けられた駆動ＩＣ１１０に対向する領域に厚さ方向に貫通した駆動ＩＣ保持部２３３が設けられており、外部配線１１１は、駆動ＩＣ保持部２３３を挿通して駆動ＩＣ１１０と接続されている。
【００３７】
このようなインクジェット式記録ヘッド２２０は、インクカートリッジから供給されるインクをインク導入口４５から取り込み、リザーバ１００からノズル開口２１に至るまで内部をインクで満たした後、駆動ＩＣ１１０からの記録信号に従い、圧力発生室１２に対応するそれぞれの圧電体素子３００に電圧を印加し、振動板５０をたわみ変形させることにより、各圧力発生室１２内の圧力を高め、ノズル開口２１からインク滴を吐出させる。
【００３８】
次に、本実施の形態にかかるインクジェット式記録ヘッド２２０の製造方法について図６及び図７を参照して説明する。
【００３９】
（振動板の形成工程：Ｓ１）
シリコン単結晶基板（例えば、厚さ２００μｍ程度）からなる流路形成基板１０を、酸素或いは水蒸気を含む酸化性雰囲気中で高温処理し、流路形成基板１０に、二酸化シリコン膜からなる第１の絶縁膜５１（例えば、厚さ１μｍ程度）を形成する。この工程には通常用いる熱酸化法の他、ＣＶＤ法を使用することもできる。
【００４０】
次に、酸化ジルコニウムターゲットを用いてＲＦスパッタを行い、第１の絶縁膜５１上に、アモルファス構造の酸化ジルコニウム膜からなる第２の絶縁膜５２（例えば、厚さ２００ｎｍ程度）を直接形成する。なお、本実施の形態では、このＲＦスパッタは、酸素１０％、アルゴン９０％の雰囲気中で、常温、パワー１kＷで行った。このようにして、第１の絶縁膜５１及び第２の絶縁膜５２からなる振動板５０を形成した。この第２の絶縁膜５２は、第１の絶縁膜５１上に直接形成され、酸化物と酸化物の積層であるため、両者の密着性も向上させることができる。
【００４１】
（下部電極形成用膜の形成工程：Ｓ２）
次に、第２の絶縁膜５２上に、後に説明する工程で、パターニングにより下部電極３３を形成するための下部電極形成用膜３３ａを形成する。この下部電極形成用膜３３ａは、本実施の形態では、例えば、スパッタ法等でイリジウム（Ｉｒ）を含む層を三回積層して三層を形成する工程と、該三層上に、スパッタ法等で白金（Ｐｔ）を含む層を二回積層して二層を形成する工程と、該二層上にスパッタ法等でイリジウムを含む一層を形成する工程を行うことで形成した。なお、第２の絶縁膜５２上には、下部電極形成用の膜３３ａの形成に先立ち、チタン又はクロム（Ｃｒ）からなる密着層（図示せず）をスパッタ法又は真空蒸着法により形成してもよい。
【００４２】
また、下部電極形成用膜３３ａを形成した後、これに連続して下部電極形成用膜３３ａ上に図示しないチタン（Ｔｉ）層を形成してもよい。このチタン層は、後に形成される圧電体前駆体膜４３ａを成長させるための核となる機能を有するものであり、チタン結晶を核として圧電体前駆体膜４３ａを成長させることにより、結晶成長が下部電極形成用膜３３ａ側から起こり、緻密で柱状の結晶を得ることができる。このチタン層は、例えばスパッタ法等により、２ｎｍ以上、２０ｎｍ以下の厚みで形成することが好ましい。チタン層は、下部電極形成用膜３３ａ上に膜が連続的に形成されておらず部分的に存在する状態である島状に形成されていることが好ましい。
【００４３】
（第１の圧電体膜の形成工程：Ｓ３及びＳ４）
次に、下部電極形成用膜３３ａ上に、最終的に形成されるべき圧電体膜４３の所望の厚さ以下、好ましくは所望の厚さの半分以下の厚さで圧電体前駆体膜４３ａを形成する。例えば、全体の膜厚１．５μｍの圧電体膜４３を７層で構成する場合、この第１工程では少なくとも１層からなる０．２μｍの圧電体前駆体膜４３ａを形成する。（Ｓ３参照）。
【００４４】
具体的には、ゾル・ゲル法により、下部電極形成用膜３３ａ上に、有機金属アルコキシド溶液からなるゾルをスピンコート等の塗布法により塗布する。次いで、一定温度で一定時間乾燥させ、溶媒を蒸発させる。乾燥後、さらに大気雰囲気下において所定の高温で一定時間脱脂し、金属に配位している有機の配位子を熱分解させ、金属酸化物とする。この塗布、乾燥、脱脂の各工程を所定回数、例えば２回繰り返して圧電体前駆体膜４３ａを積層する。これらの乾燥と脱脂処理により、溶液中の金属アルコキシドと酢酸塩とは配位子の熱分解を経て金属、酸素、金属のネットワークを形成する。
【００４５】
次に、圧電体前駆体膜４３ａを焼成して結晶化させる。この焼成により、圧電体前駆体膜４３ａは、アモルファス状態から菱面体結晶構造をとるようになり、電気機械変換作用を示す膜へと変化する。以上の圧電体前駆体膜４３ａの形成および焼成の工程を１回行うことにより、１層からなる第１の圧電体膜４３ｂが形成される。（Ｓ４参照）。
【００４６】
こうして形成された第１の圧電体膜４３ｂは、下部電極形成用膜３３ａの組成および前記チタン層の影響を受け、Ｘ線回折広角法により測定した（１００）面配向度が約８０％となる。ここで（１００）面配向度とは、（１００）面、（１１０）面、（１１１）面の回折強度の和を１００とした時の（１００）面の回折強度の割合を示すものとする。また、前記焼成に伴い、下部電極形成用膜３３ａも一部酸化し、及び圧電体膜の成分が一部拡散することにより膜厚が増加する。ここで、下部電極形成用膜をパターニングしてから圧電体膜を形成する方法では、下部電極形成用膜のパターニング境界付近の膜厚の増加が他の部分より少ないため膜厚が不均一となるが、本実施の形態の方法によれば、下部電極形成用膜３３ａをパターニングする前に第１の圧電体膜４３ｂを形成するので、下部電極形成用膜３３ａの膜厚は全体的に増加し、不均一となることがない。
【００４７】
（下部電極形成用膜及び第１の圧電体膜のパターニング工程：Ｓ５）
次に、第１の圧電体膜４３ｂ上に所望の形状のマスクを形成し、マスク領域以外をエッチングすることで第１の圧電体膜４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａのパターニングを行い、下部電極３３及び配線用電極３３ｂを形成する。具体的には、まずスピンナー法、スプレー法等により均一な厚みのレジスト材料を第１の圧電体膜４３ｂ上に塗布し（図示せず）、次いで、このレジスト材料を所定の形状にパターニングした後、露光・現像して、レジストパターンを形成し（図示せず）、これをマスクとして第１の圧電体膜４３ｂ及び下部電極形成用膜３３ａを、通常用いるイオンミリング又はドライエッチング法等によりエッチング除去し、第２の絶縁膜５２を露出させる。
【００４８】
（第２の圧電体膜の形成工程：Ｓ６）
次に、スパッタ法等により、第１の圧電体膜４３ｂ上及び露出された第２の絶縁膜５２上に、図示しないチタン層（核）を形成する。ここで形成するチタン層は、１ｎｍ以上６ｎｍ以下の膜厚とすることが好ましい。チタン層の膜厚が１ｎｍ未満であると核層としての作用が少なくなる傾向にあり、６ｎｍを超えるとＰＺＴ結晶の成長がチタン層を境に分断されてしまい、結晶が不連続となったり層間剥離が生じたりする虞がある。したがって、より好ましくはチタン層を３ｎｍ程度の厚みとする。
【００４９】
次いで、図示しないチタン層上に、前記第１の圧電体膜の形成工程と同様の工程を、例えば６回繰り返し、合計１．５μｍの圧電体膜４３を形成する。この第２の圧電体膜の形成工程では、第１の圧電体膜の形成工程と同様に圧電体前駆体膜を焼成して結晶化させる工程が行われる。この焼成時には、圧電体前駆体膜に含有されている鉛が、第２の絶縁膜５２に拡散しようとするが、第２の絶縁膜５２は、アモルファス構造を備えているため、粒界が存在せず、前記鉛が第２の絶縁膜５２を通過して第１の絶縁膜５１に到達することはない。したがって、第２の絶縁膜５２と圧電体膜４３とが密着している密着領域５３であっても、第２の絶縁膜５２が拡散防止膜としての機能を発揮するため、前記鉛が第１の絶縁膜５１に到達することはない。このアモルファス構造の第２の絶縁膜５２は、その膜厚が例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度と薄くても、十分な拡散防止機能を発揮することができる。
【００５０】
下部電極３３は、前記第１の圧電体膜の形成工程における焼成で既に酸化および拡散され、全体的に膜厚が増加しているので、第２の圧電体膜の形成工程で膜厚が更に増加することはない。したがって下部電極３３の膜厚が不均一になることはないし、下部電極３３のパターニング境界付近に存在している圧電体膜４３に、下部電極３３の膜厚変化によるクラックが入ったり結晶が膜面方向に不連続となったりすることはない。また、第２の絶縁膜５２が露出した部分に形成された圧電体膜４３は、前記チタン層の影響を受け、（１００）面に優先配向される。さらに、上記パターニング工程（Ｓ５）後に形成するチタン層の膜厚を４ｎｍ以下としたことにより、第１の圧電体膜の形成工程で得られた第１の圧電体膜４３ｂと、第２の圧電体膜の形成工程で得られた第２の圧電体膜との間で結晶構造が膜厚方向に連続し、層間剥離が起こりにくいため信頼性の高い圧電体膜４３を得ることができる。
【００５１】
また、圧電体膜４３のうち、下部電極３３上に形成された部分は、良好な圧電特性を示すために、Ｘ線回折広角法により測定した（１００）面配向度が７０％以上、１００％以下、より好ましくは８０％以上の膜であることが望ましい。そして、（１１０）面配向度は１０％以下、（１１１）面配向度が残部であることが望ましい。但し（１００）面配向度、（１１０）面配向度及び（１１１）面配向度の和は１００％とする。圧電体膜４３の厚みは、例えば１５００ｎｍとする。
【００５２】
（上部電極形成用膜の形成工程：Ｓ７）
次に、圧電体膜４３上に、電子ビーム蒸着法またはスパッタ法により上部電極形成用膜４４ａを形成する。この上部電極形成用膜４４ａとしては、白金、イリジウム、あるいはその他の金属等を用い、５０ｎｍ程度の膜厚で形成する。
【００５３】
（圧電体膜及び上部電極の形成工程：Ｓ８）
次に、圧電体膜４３及び上部電極形成用膜４４ａを、形成すべき圧電体素子３００の所定形状にパターニングする。具体的には、上部電極形成用膜４４ａ上にレジスト材料をスピンコートした後、圧力発生室１２が形成されるべき位置に合わせてパターニングする。残ったレジスト材料をマスクとして上部電極形成用膜４４ａ及び圧電体膜４３をイオンミリング等でエッチングする。以上の工程により圧電体素子３００が形成される。
【００５４】
（細帯電極形成工程：Ｓ９）
次に、上部電極４４と配線用電極３３ｂを導通する細帯電極５５を形成する。細帯電極５５の材質は剛性が低く、電気抵抗が低い金から形成することが好ましいが、他に、アルミニウム、銅等も好適である。細帯電極５５は、約０．２μｍの膜厚で形成し、その後各上部電極４４と配線用電極３３ｂとの導通部が残るようにパターニングする。
【００５５】
（圧力発生室の形成工程：Ｓ１０）
次に、圧電体素子３００が形成された流路形成基板１０の他方の面に、異方性エッチングまたは平行平板型反応性イオンエッチング等の活性気体を用いた異方性エッチングを施し、圧力発生室１２を形成する。エッチングされずに残された部分が隔壁２２（図５参照）になる。
【００５６】
（ノズルプレートの貼り合わせ工程：Ｓ１１）
最後に、エッチング後の流路形成基板１０にノズルプレート２０を接着剤で貼り合わせる。貼り合わせの時に各ノズル開口２１が圧力発生室１２の各々の空間に配置されるよう位置合わせする。ノズルプレート２０が貼り合わせられた流路形成基板１０をヘッドケース２３０に取り付け、インクジェット式記録ヘッド２２０を完成させる。
【００５７】
なお、本実施の形態では、第２の絶縁膜５２の全体をアモルファス構造とした場合について説明したが、これに限らず、第２の絶縁膜５２は、少なくとも密着領域５３に対応する部分がアモルファス構造であればよい。
【００５８】
また、本実施の形態では、第２の絶縁膜５２を酸化ジルコニウム膜から構成した場合について説明したが、これに限らず、第２の絶縁膜５２は、拡散防止機能を備えていれば、例えば、酸化アルミニウムや、酸化チタン等、他の材料から構成してもよく、また、所望により、添加物等が加えられていてもよい。
【００５９】
そしてまた、本実施の形態では、圧電体膜４３をチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）で形成した場合について説明したが、これに限らず、圧電体膜４３は、圧電性セラミックスの結晶であり、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）等の強誘電性圧電性材料の他、これに酸化ニオブ、酸化ニッケルまたは酸化マグネシウム等の金属酸化物を添加したものから構成してもよい。また、圧電体膜４３の組成は、圧電体素子の特性、用途等を考慮して適宜選択する。具体的には、チタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ3）、チタン酸ジルコン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）、ジルコニウム酸鉛（ＰｂＺｒＯ3）、チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ），ＴｉＯ3）、ジルコン酸チタン酸鉛ランタン（（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ3）又は、マグネシウムニオブ酸ジルコニウムチタン酸鉛（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）（Ｍｇ，Ｎｂ）Ｏ3）等が好適に用いられる。また、チタン酸鉛やジルコニウム酸鉛にニオブ（Ｎｂ）を適宜添加することにより、圧電特性に優れた膜を得ることができる。
【００６０】
そしてまた、本実施の形態では、液体噴射ヘッドとして、インク滴を吐出させるインクジェット式記録ヘッドを、液体噴射装置として、インクジェット式記録ヘッドを備えたプリンタを例にとって説明したが、これに限らず、広く液体噴射ヘッドを有する液体噴射装置全般を対象としたものである。液体噴射ヘッドとしては、例えば、プリンタ等の画像記録装置に用いられる記録ヘッド、液晶ディスプレー等のカラーフィルタの製造に用いられる色材噴射ヘッド、有機ＥＬディスプレー、ＦＥＤ（面発光ディスプレー）等の電極形成に用いられる電極材料噴射ヘッド、バイオｃｈｉｐ製造に用いられる生体有機物噴射ヘッド等を挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本実施の形態にかかるプリンタを示す斜視図である。
【図２】図１に示すプリンタに使用されるインクジェット式記録ヘッドの分解斜視図である。
【図３】図２に示すインクジェット式記録ヘッドの圧電アクチュエータ付近を拡大した平面図である。
【図４】図３に示すｉ−ｉ線に沿った断面図である。
【図５】図３に示すｉｉ−ｉｉ線に沿った断面図である。
【図６】本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【図７】本実施の形態にかかる圧電アクチュエータ及びインクジェット式記録ヘッドの製造方法を示す工程図である。
【符号の説明】
【００６２】
１・・・プリンタ、１０・・・流路形成基板、１２・・・圧力発生室、３３・・・下部電極、４３・・・圧電体膜、４４・・・上部電極、５０・・・振動板、５１・・・第１の絶縁膜、５２・・・第２の絶縁膜、５３・・・密着領域、２２０・・・インクジェット式記録ヘッド、３００・・・圧電体素子
【図１】
2005168172.tif 000003
【図２】
2005168172.tif 000004
【図３】
2005168172.tif 000005
【図４】
2005168172.tif 000006
【図５】
2005168172.tif 000007
【図６】
2005168172.tif 000008
【図７】
2005168172.tif 000009